等离子体概述PPT讲稿
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等离子概述
机械工业方面的应用
• 等离子体焊接、等离子体切削和等离子体钻等在机械工业 中已有较广泛的应用
• 等离子体喷涂, 对轴承、齿轮等磨损部件的修复有重要的作 用。等离子体喷制微孔材料以及喷铸成型又是一种有意义的 新工艺
• 用等离子体注人和成膜的方法对金属材料表面进行氮化、碳 化、硼化或生成氮化钦膜，保持原材料的基本性能和尺 寸, 从而大大提高其耐磨、抗腐蚀性能, 可以延长工具和模 具的寿命
• 利用等离子体聚合非晶硅膜作为太阳能电池是太阳能利用的一个 重要环节, 它使太阳能电池面积大、质量轻、耐辐照、造价低。 磁流体发电是使流动的等离子体燃气通过强磁场把热能直接转化 为电能的新技术,可将火力发电站的热效率由30一40 % 提高到 50 一60 %多。 • 在受控核聚变中的应用
高电压工程基础
高电压工程基础
第0章 放电等离子体概述
0.1 什么是等离子体 0.2 等离子体的特性 0.3 等离子体的产生 0.4 等离子体的应用
高电压工程基础
0.1 什么是等离子体 固体 冰 液体 水 气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000C
100000C 温度
等离子体（又称电浆）是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态， 其特性与前三者截然不同
高电压工程基础 化学工业和材料工业方面的应用
• 烯炔的合成, 煤转化为乙炔, 从天然气中获得乙炔和乙烯等； 制备超细碳化钦、氮化钦、合成户碳化硅超细粉末, 以及制备 微细钨粉、碳化钨粉、氧化铝粉和钦白等 • 熔炼高温金属, 熔化难熔化合物, 进行金属的重熔精炼 • 制成高强度耐磨膜、光学保护膜、电学绝缘膜、反渗透膜、选 择性渗透膜等 • 改善吸水性。 染色性、粘结性、生物亲和性等。有利于短期内 产品更新, 适用于化纤、塑料、橡胶以及皮革等
等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
精品资料
正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
精品资料
5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
精品资料
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
精品资料
精品资料
空气净化
精品资料
精品资料
臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
精品资料
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
精品资料
高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
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5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
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空气净化
精品资料
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臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
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高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
第一章 等离子体概述(共50张PPT)
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
PPT-等离子体理论
• 输运
• 波驱动电流 • 碰撞积分的数学理论—BBGKY途径简介
完
本书给出的是最主要的两类描述法：
两种方法的区别： 动理学方法和流体力学方法都是研究多 粒子体系物理性质的理论工具，但动理 学方法和流体力学的三维空间描述不同， 它通常是在六维的坐标-速度空间来描 述等离子体，而且还可以扩展到 6N(n=1.2…)维空间作描述。之所以需 要用速度空间来描述，是因为有些多粒 子体系的行为和它们粒子的速度状态有 密切关系，因此仅仅在坐标空间作描述 就不够了。
等离子体理论基础
等离子体是由处在非束缚态的带 电粒子组成的多粒子体系。它和 气体、液体、固体一起构成了自 然界物质在同一层次上的四大基 本形态。 等离子体属于多粒子体系，因此 以往对中性多粒子体系发展出的 各种描述方法对它也适用，只是 要作相应的改造和发展。
本书中介绍的是对所谓的“理想、经 典等离子体”的理论描述方法。这时 粒子的平均动能大于平均（库伦） 势能，而粒子的运动服从牛顿力学 规律。 本书从第一章开始，就由繁至简地 介绍了描述“理想经典等离子体”的 各种理论方法。本书的描述对象主 要是高温、完全电离的等离子体。
• 激光和等离子体的相互作用
激光与等离子体的相互作用，大致可以分成两部分：线性 过程和非线性过程。 线性过程： 入射激光能量比电子的能量小的多，这时主要是激光受被 驱动电子所产生的感应电流影响，从而改变了其传播行为；
同时被激光电场驱动的离子，由于反应太慢，它们对激光的
影响也可以忽略。 因此在线性相互作用中，只需将描述激光传播的波动方程 与描述电子流体的运动方程相耦合，构成耦合方程组。
第三部分 弗拉索夫波动理论
• 和粒子有相互作用的波的物理特点及数学描述
• 无外场、空间均匀、速度空间各向同性等离子体
等离子体PPT幻灯片课件
高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
3
4
2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
14
等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
3
4
2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
14
等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
04等离子体简介PPT课件
磁粘滞、扩散系数、 电阻率、耗散率
由等离子体运动以及等离子体的电阻特性
确定磁场的位形
42
电磁学：面电荷区产生电场，
运动方程：
x=0
32
简谐振荡方程：
• 等离子体的本征振荡，同德拜屏蔽现象一样是等离子体 集体行为的表现之一
• 等离子体振荡与等离子体响应时间的关系：互为倒数 等离子体振荡与得拜屏蔽同是等离子体
对外加扰动的“第一”响应
33
34
§3.3 磁流体力学
等离子体的四种描述/研究方法 （经典、非相对论体系） 1.单粒子轨道理论（最简单、最基本的描述方法） 2. PIC数值模拟方法 particle in cells
27
3、等离子体响应时间： 静态等离子体的德拜长度，主要取决于低温成分的德 拜长度。在较快的过程中，离子不能响应其变化，在 鞘层内不能随时达到热平衡的玻尔兹曼分布，只起到 常数本底作用，此时等离子体的德拜长度只由电子成 份决定。 等离子体的响应时间： 1)、建立德拜屏蔽所需要的时间 2)、等离子体对外加电荷扰动的响应时间 3)、电子以平均的热速度跨越鞘层空间所
的区域，可将玻尔兹曼分布作泰勒展开，并取线性项，
23
可得新的泊松方程：
分别定义等离子体、电子和离子的德拜长度Leabharlann ，则可求得德拜势24
德拜电势示意图
德拜屏蔽是两个过程竞争 的结果:
1、捕获与约束 2、逃逸与屏蔽 (反抗约束)由自由 能与捕获能平衡决定!
德拜长度:
1、随数密度增加而减小，即更 小范围内便可获得足够多的屏 蔽用的粒子
电子平均自由程集体现象的特征尺度。 等离子体波的振荡和波的性质被充分显示出来
4
§3.1 天体磁场的普遍性
拥有强大能量的“等离子体”科普PPT
”非常非常热的“射频等离子体
利用等离子体的高温，可以加工地球上几乎所以的材料。 ▪等离子“球化”加工后的粉末
我们为什么需要这些“小球”呢？
分享完毕， 感谢聆听！
是的，火焰中也有等离子态。例 如：当我们点燃蜡烛时，固体的 蜡烛就会先融化成液体，然后被 吸入灯芯，在顶端被加热成气体。 这些气体在遇到空气中的氧气时 就会发生化学反应，产生水和二 氧化碳等物质，并且放出大量的 热能和光能。这些热能和光能就 会使周围的空气被激发和电离， 从而形成了等离子态的火焰。
耀眼的电焊
神秘的火焰
我们知道了物质有四种形态：固 体、液体、气体和等离子态。你 有没有想过，火焰到底属于哪一 种呢？它看起来像液体，流动自 如，但是又没有固定的体积和形 状；它也像气体，可以随风飘散， 但是又有明显的颜色和温度；它 更像固体，可以燃烧和发光，但 是又不能触摸和抓住。火焰究竟 是什么呢？
点燃的蜡烛
拥有强大能量的 “等离子体”
目录
1. 等离子体是什么 2. 身边的等离子体 3. 等离子体的分类 4. 等离子体技术和应用
PLASMA
1.究竟什么是 “等离子体”
电影《流浪地球》里的“等离子体-地球发动机”
人类修建了1.2万台 等离子体-地球发动机， 以岩石中的硅等元素为 燃料，成功推动地球逃 出了太阳系。
PLASMA
3.“等离子体” 如何分类
按照“类型”分类
1
天体 等离子体
2
空间 等离子体
3
人造 等离子体
按照“温度”分类
1
高于1000C
高温等离子体 （聚变等离子体）
低于1000CC
低温等离子体 （热等离子体）
2
低温等离子体 （冷等离子体）
等离子体基本概念PPT课件
等离子体物理学科方向 主要研究内容
等离子体物理主要研究等离子体的整体形态和集体 运动规律、等离子体与电磁场及其它形态物质的相 互作用。
等离子体物理研究范围非常广泛：磁约束聚变等离 子体、惯性约束聚变等离子体、空间等离子体、天 体等离子体、低温等离子体、非中性等离子体、尘 埃等离子体、基础等离子体等
D 0Te / ne0e2
方程为 2(r) (r) / 0 / D2 q (r) / 0
方程的解 (r) q er /D 4 0 r
电荷屏蔽效应后中心电荷q的作用势，称
为屏蔽库仑势 参量 具D 有长度的量纲，称为德拜屏蔽长
度，它是反映电荷屏蔽效应的特征长度。
电荷屏蔽效应的特征长度意义
电子密度平衡分布可取势场为φ时的玻尔兹
曼分布
ne
n ee /Te e0
ne0为不受中心电荷影响时的电子密度, Te为电 子温度
电中性（初始）： Zni0 ne0
空间电荷分布
(r) ne0e(1 ee /Te ) q (r)
高温条件： e Te ee /Te 1 e / Te
(r) ne0e2 / Te q (r) 0 / D2 q (r)
等离子体物理学研究可促进低温等离子体技术在国 民经济各领域中广泛应用。等离子体处理加工技术 已成为一些重要产业（如微电子、半导体、材料、 航天、冶金等）的关键技术，而在灭菌、消毒、环 境污染处理、发光和激光的气体放电、等离子体显 示、表面改性、同位素分离、开关和焊接技术等方 面的应用已创造了极大的经济效益。
等离子体物理学研究开辟了由高技术开发的新领域。 非中性等离子体的研究产生了一批崭新的具有革命 性意义的高技术项目，如相干辐射源的研制和粒子 加速器新概念的提出。将在能源、国防、通讯、材 料科学和生物医学中发挥重要作用。对基本物理过 程的深入研究已成为推动这些技术取得突破性进展 的关键。
等离子体物理学课件
解释等离子体发光的物理原理
等离子体的基本性质
电磁性质
• 等离子体在电场和磁场下的行为 • 等离子体的电导率和介电常数
动力学性质
• 等离子体的输运过程 • 等离子体的热力学性质
等离子体在天体物理中的应用
恒星爆炸中的等离子体
讨论等离子体在恒星爆炸和体的研究
探索行星际空间中等离子体的特性和影响
2 等离子体在新能源领域的应用
讨论等离子体技术在太阳能和风能等新能源技术中的应用
3 等离子体在生物医学中的应用
介绍等离子体在癌症治疗和生物材料领域的发展和研究进展
结语
展望等离子体物理学的未来，谢谢阅读！
等离子体物理学课件
本课件将介绍等离子体的基本概念、产生方式、基本性质，以及在天体物理、 实验室研究和前沿领域中的应用。
等离子体的基本概念
• 解释等离子体的概念 • 比较等离子体与其他物态的差异
等离子体的产生
1 切割/焊接技术中的等离子体
探讨等离子体在金属切割和焊接过程中的作用和产生方式
2 等离子体的发光现象
等离子体的实验室研究
1
实验室设备简介
介绍用于研究等离子体的实验室设备，
等离子体实验的基本技术
2
包括等离子体发生器和诊断工具
讨论实验中的主要技术，如等离子体
控制和诊断方法
3
等离子体实验的数据分析方法
介绍分析实验数据的常见方法，以及 结果的解释
等离子体学的前沿领域
1 等离子体在核聚变中的应用
探索等离子体在核聚变反应中的重要性，并解释其在未来能源领域的潜力
等离子体的基本性质
电磁性质
• 等离子体在电场和磁场下的行为 • 等离子体的电导率和介电常数
动力学性质
• 等离子体的输运过程 • 等离子体的热力学性质
等离子体在天体物理中的应用
恒星爆炸中的等离子体
讨论等离子体在恒星爆炸和体的研究
探索行星际空间中等离子体的特性和影响
2 等离子体在新能源领域的应用
讨论等离子体技术在太阳能和风能等新能源技术中的应用
3 等离子体在生物医学中的应用
介绍等离子体在癌症治疗和生物材料领域的发展和研究进展
结语
展望等离子体物理学的未来，谢谢阅读！
等离子体物理学课件
本课件将介绍等离子体的基本概念、产生方式、基本性质，以及在天体物理、 实验室研究和前沿领域中的应用。
等离子体的基本概念
• 解释等离子体的概念 • 比较等离子体与其他物态的差异
等离子体的产生
1 切割/焊接技术中的等离子体
探讨等离子体在金属切割和焊接过程中的作用和产生方式
2 等离子体的发光现象
等离子体的实验室研究
1
实验室设备简介
介绍用于研究等离子体的实验室设备，
等离子体实验的基本技术
2
包括等离子体发生器和诊断工具
讨论实验中的主要技术，如等离子体
控制和诊断方法
3
等离子体实验的数据分析方法
介绍分析实验数据的常见方法，以及 结果的解释
等离子体学的前沿领域
1 等离子体在核聚变中的应用
探索等离子体在核聚变反应中的重要性，并解释其在未来能源领域的潜力
一、等离子体基本原理ppt课件
时间尺度要求：等离子体碰撞时间、存在时间远大于特
征响应时间
p,p
( D )1/2
kTe/me
等离子体参数：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意 义
1 , 4n 0D 2 ( T 3 /n 0 ) 1 /2
.
1.4 等离子体分类
天然等离子体
按存在分类
人工等离子体
完全电离等离子体
.
空间天体等离子体 什么保护了地球：等离子体
.
空间天体等离子体
北极光
.
空间天体等离子体
逃离太阳的等离子体
.
空间天星体系等：离巨子体大的聚变反应堆
.
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
.密度(cm-3)
地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发 生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷 涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率 微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹
.
聚变等离子体
一个密度几乎相等，每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体，在半径为r的球形区域 内，此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定， 此球表面的静电位为：
V Q
4 0r .
Q=eδn，为球内静电荷，其中e为电子电荷，此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
等离子技术原理ppt课件
等离子弧按导电方式可分为非转移型﹑转移型和混合型 3种(见上图 )。
转移型等离子弧温度高(10000～52000℃)﹐有效热利用率高﹐主要用于切割﹑焊
接和熔炼金属。切割的金属有铜﹑铝及其合金﹑不锈钢﹑各种合金钢﹑低碳钢﹑铸铁﹑ 钼和钨等。常用的切割气体为O2、N2、H35 、Air等。常用的电极为铈钨或钍钨电极﹐ 采用压缩空气切割时使用的电极为金属锆或铪。
-
尖端快速的被冷却 = 弧压缩 电弧中心的温度 (15,000 to 35,000°C) = 融化金属材料
高速等离子射流 = 融化的金属材料通过割缝喷出
Slide 6
等离子弧处理过程
等离子弧压缩
20 000 K
_
_
10 000 K自由弧
5 000 K
等离子弧压缩
2000 K 300 k
+
+
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飞马特XT系列割枪及消耗件
飞马特的切割喷嘴采用了较小的喷嘴孔径、较高的工作气压来提高 喷嘴有效断面内通过的电流，同样达到了增大电弧的功率密度之目的并 大大减少了电弧的功率损失，从而实现了更经济的切割。
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飞马特等离子割枪
XT-300 XT-301
SL100SV
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普通等离子弧的基本原理
飞马特等离子弧的原理﹕首先，让连续通气放电的电弧通过一个喷嘴孔﹐使其在
孔道中产生机械压缩效应﹔同时﹐喷嘴中心安装有一个涡流环﹐等离子气在电离前就已 产生强烈的涡流收缩效应﹐使等离子气聚焦成一束很细的气柱从喷中心喷出；最后，为 了确保等离子弧的温度不致持续升高而使等离子弧柱膨胀扩散，割枪内的循环冷却液又 对喷嘴进行冷却，通过降低温度对弧柱再一次进行压缩并最终达到一种平衡。这3种效 应对弧柱进行强烈压缩﹐在与弧柱内部膨胀压力保持平衡的条件下﹐使弧柱中心气体达 到高度的电离﹐而构成电子﹑离子以及部分原子和分子的混合物﹐即等离子弧。
转移型等离子弧温度高(10000～52000℃)﹐有效热利用率高﹐主要用于切割﹑焊
接和熔炼金属。切割的金属有铜﹑铝及其合金﹑不锈钢﹑各种合金钢﹑低碳钢﹑铸铁﹑ 钼和钨等。常用的切割气体为O2、N2、H35 、Air等。常用的电极为铈钨或钍钨电极﹐ 采用压缩空气切割时使用的电极为金属锆或铪。
-
尖端快速的被冷却 = 弧压缩 电弧中心的温度 (15,000 to 35,000°C) = 融化金属材料
高速等离子射流 = 融化的金属材料通过割缝喷出
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等离子弧处理过程
等离子弧压缩
20 000 K
_
_
10 000 K自由弧
5 000 K
等离子弧压缩
2000 K 300 k
+
+
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飞马特XT系列割枪及消耗件
飞马特的切割喷嘴采用了较小的喷嘴孔径、较高的工作气压来提高 喷嘴有效断面内通过的电流，同样达到了增大电弧的功率密度之目的并 大大减少了电弧的功率损失，从而实现了更经济的切割。
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飞马特等离子割枪
XT-300 XT-301
SL100SV
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普通等离子弧的基本原理
飞马特等离子弧的原理﹕首先，让连续通气放电的电弧通过一个喷嘴孔﹐使其在
孔道中产生机械压缩效应﹔同时﹐喷嘴中心安装有一个涡流环﹐等离子气在电离前就已 产生强烈的涡流收缩效应﹐使等离子气聚焦成一束很细的气柱从喷中心喷出；最后，为 了确保等离子弧的温度不致持续升高而使等离子弧柱膨胀扩散，割枪内的循环冷却液又 对喷嘴进行冷却，通过降低温度对弧柱再一次进行压缩并最终达到一种平衡。这3种效 应对弧柱进行强烈压缩﹐在与弧柱内部膨胀压力保持平衡的条件下﹐使弧柱中心气体达 到高度的电离﹐而构成电子﹑离子以及部分原子和分子的混合物﹐即等离子弧。
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北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等离子体的分类
1.按存在分： 天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、 雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯(ne )、正离子(离子 ni)、
中性粒子（分子、原子、原子团na）, 由准电中性： ne≈ ni
定义：电离度β= ne/(ne+na) 分母为电离前分子的密度
等离子体物理学科发展简史
• 19世纪30年代起
– 放电管中电离气体，现象认识 – 建立等离子体物理基本理论框架
• 20世纪50年代起
– 受控热核聚变 – 空间技术 – 等离子体物理成为独立的分支学科
• 20世纪80年代起
– 气体放电和电弧技术发展应用 – 低温等离子体物理发展
等离子体物理研究领域
等离子体的特性
1.温度高，粒子动能大 2.作为带电粒子的集合体，具有类似金属
的导电性能。有时等离子体可看作导电 流体 3.化学性质活泼，容易发生化学反应 例如：将甲烷和氢气在密闭容器里混合 并使之放点，若温度适宜，在器壁上会 形成金钢石薄膜 4.发光特性，可用作光源
– 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表 面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物 处理
– 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢 弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞 行器鞘套与尾迹
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
等离子体概述课件
第1.1节 什么是等离子体
固体 冰
液体 水
气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000C
100000C
温度
1 eV=11600 K
两个概念：离解和电离
• 离解：当温度足够高时，构成分子中的原
子获得足够大的动能，开始彼此分离，这 一过程称为离解
• 电离：温度继续升高，原子的外层电子将
摆脱原子核的束缚而称为自由电子，同时， 失去电子的原子变成带正电的离子
大气大外气侧外的侧电的离电层离、层日、地日空地间空的间太的阳太风阳、风太、阳太日阳冕日、冕太、阳太内阳部内、部、 星际星空际间空、间星、云星及云星及团星，团毫，无毫例无外例的外都的是都等是离等子离体子。体。
宇宙中90％物质处于等离子体态
• 地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的
周围。
– 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示 屏、臭氧发生器
• 低温应用等离子体 • 高温聚变等离子体 • 空间和天体等离子体
第1.2节 等离子体的性质
等离子体与我们所熟悉的固液气体存在明显 差别。这三态只涉及分子间作用力，而等 离子体由气态转化时需要克服原子核对外 层电子的束缚，因此无论是成分还是性质 均有较大的差别
等离子态常被称为“超气态”，它和气体有 很多相似之处，比如：没有确定形状和体 积，具有流动性，但等离子也有很多独特 的性质。等离子体中的粒子具有群体效应，
展的展的的热的力热学力环学境环，境这，种这环种境环远境离远等离离等子离体子物体态物普态遍普存遍在存的在状的状 态。态因。而因，而天，然天等然离等子离体子就体只就能只存能在存于在远于离远人离群人的群地的方地，方以，闪以闪 电、电极、光极的光形的式形为式人为们人所们敬所畏敬、畏所、赞所叹赞。叹。
• 由地由球地表球面表向面外向，外等，离等子离体子是体几是乎几所乎有所可有见可物见质物的质存的在存形在式形，式，
– 粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒 子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自洽 场）的运动紧密耦合，不可分割。
– 集体效应起主导作用：等离子体中相互作用 的电磁力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
• 人类人的类生的存生伴存随伴着随水着，水水，存水在存的在环的境环是境地是球地文球明文得明以得进以化进、化发、发
β =100% 完全电离等离子体
β ≥1% 强电离等离子体
β<1% 弱电离等离子体
3.根据三者温度关系分
等离子体包含两到三种不同组成粒子：自 由电子，带正电的离子和未电离的原子。 这使得我们针对不同的组分定义不同的 温度：电子温度和离子温度。轻度电离 的等离子体，离子温度一般远低于电子
3.根据三者温度关系分
• 注：有的书上也表述成：或正离子和电子
的密度大致相等的电离气体
维基百科
• 等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成
分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四 态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。 等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。 等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家 欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将Plasma一词引入物理 学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]，Plasma是源自希 腊文，意为可形塑的物体，此字有随着容器形状改变自身形 状之意，如灯管中的等离子体会随着灯管的形状改变自身的 形状。 严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团， 等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将 外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为
高位能高动能的自由电子。
• 朗缪尔（ngmuir）和汤克斯(L.Tonks)首先引入等离子体
（ Plasma ）这个名称。
第1.1节 什么是等离子体
• 由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系
– 非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”， 等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子 （电子、离子），而不是其结合体。
电离气体是一种常见的等离子体
普通气体
等离子体
放电
需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体性质。
“电性”比“中性”更重要 ( 电离度 >10-4 )
放电是使气体转变成等离子体的一种常见人工形式
等离子体 电离气体
等离子体的概念
• 等离子体是物质存在（固、液、气体）的
第四种状态，是由大量带电粒子组成的非 束缚状态的宏观体系。
极光、日光灯 电弧、碘钨灯
冷等离子体 Te≠Ti, Ta
热等离子体 Te＝Ti, Ta
聚变、太阳核心
低温
高温
等离子体 100000C 等离子体
电子温度
1eV
注意： 热等离子体指在接近大气压强情况下， 电子、离子、中性粒子通过剧烈碰撞达 到热平衡状态，又称近局域热力学平衡 等离子体
冷等离子体指在数百帕的低气压下由于 碰撞很少达不到热平衡状态，因此又称 非平衡等离子体